JPH03212829A - 書き換え形光記録装置の光学ヘッド - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、書き換え可能な相変化形の光ディスクを用
すた光記録装置の光学ヘッド、ことに情報の記録と再生
ｔ−１本のレーザービームで行う光学ヘッドに関する。

〔従来の技術〕

近年、情報記録の高密度化、大容量化に対する要求が高
まシ国内外でその研究開発が盛んに行われているが、と
くにレーザーを光源として用いる光ディスクは従来の磁
気記録媒体に比べておよそ１０〜１００倍の記録密度を
有し、しかも記録再生ヘッドと記録媒体とが非接触状態
で情報の記録再生ができる念めに記録媒体の損傷も少な
ぐ、長寿命であるなどの特徴があることから膨大な情報
量を記録、再生する高密度、大容量の記録方式として有
望である。この光ディスクは用途に応じて再生専用形、
追記形、書換え形の６種類に大別することができる。再
生専用形は情報の読み出しのみが可能な再生専用ディス
クであり、追記形は必要に応じて情報を記録し再生する
ことはできるが記録した情報の消去は不可能なものであ
る。これに対して書換え形は情報の記録、再生とさらに
記録済みの情報を消去して書換えることが可能でああり
、コンピュータ用のデータファイルとしての利用が望ま
れ、最も期待の大きいものである。

書換え形のディスクについては光磁気方式と相変仕方式
の２つの記録方式の開発が進められているがいずれの方
式も記録材料や書込み機構などの点でなお改良の余地が
残されている。これらのうち相変化方式は一般にレーザ
ー光をディスクの記録面に集光して加熱し、レーザー光
のパルス出力とパルス幅とを制御することくよって生ず
る記録材料の相変化、すなわち結晶状態から非晶質状態
への移行または相転移などを起こさせ、それぞれの状態
における反射率の連込で情報の記録と消去を行うもので
ある。

この相変化方式の光ディスクの構造については図示を省
略するが９通常多くのトラッキングｌ［−設けた例えば
ポリカーボネートなどの基板表面に硫化亜鉛（ＺｎＳ）
等のセラミックよりなる保護膜を形成し、その上に記録
用材料すなわち媒体膜を設け、さらにその上にセラミッ
ク等よりなる保護膜と有機物の表面保護膜を順次堆積し
た構造としである。また、保護膜と有機物表面保護膜の
間にアルミニウム等の反射層を兼ね念冷却膜を設ける事
も行われている。冷却膜は、結晶状態から非結晶状態へ
の変化の際の溶融状態からの冷却速度を上げるためのも
のであるとともに、媒体膜を透過した光がこの膜で反射
して媒体膜での吸収効率を上げる働きもしている。通常
の光ディスクでは初期状態では光記録材料を結晶状態と
し、情報記録時にはこれにレーザーを照射して照射部を
溶融しに後急冷して非結晶状態のスポットを形成する。

消去時には、この非結晶状態のスポラトラレーザーによ
シアニールして結晶状態へ戻す。

相変化形の光記録媒体の記録方法として大別して２つの
方法がある。記録に要するレーザー光の照射時間に比べ
消去に要するレーザー光の照射時間が長い記録媒体を使
用する場合には、記録専用のレーザービームと照射時間
が長くなるよう罠記録媒体のトラックに沿って細長く変
形させた消去専用のレーザービームの合計２本のレーザ
ービームを使って記録及び消去を行う。この方法ではへ
ラドが２個必要で構造が複雑になるとともに、ヘッド重
量が１個の場合に比べ約２倍になシヘッドのアクセス時
間を短くする上で大きな問題点となる。

一方、非晶質の記録スポットを結晶化させるのに必要な
レーザーの照射時間が記録忙要するレーザー光の照射時
間と同じかもしくは短くて良い場合には、１本のレーザ
ービームだけで記録及び消去を行う事ができる。この方
法で古い記録の土に重ね書きを行う場合、−度に記録と
消去の動作を行うことができる。つまり新しい記録スポ
ットを形成しないときには、レーザーは消去に要するパ
ワーで発振していて古い記録スポットを消去する。

記録スポットを形成するときには、シ・−ブー光は消去
パワーよりも高く記録媒体を溶融後非晶質化させるのに
必要なパワーで発振する。このようにして１本のレーザ
ー光で書き込み及び消去を行う１ビーム法では光ヘッド
が１つで済むので２ビーム法に比べ光ヘッドを軽量化で
きる利点がある。

〔発明が解決しようとする課題〕

１ビーム法による従来の重ね書き方法では、記録、再生
のいずれも円形ビームとし、記録スポットの形成は円形
ビームのパワーを高め、記録スポットの消去は円形ビー
ムのパワーを弱く制御することによって行われる。

第６図は常に円形ビームを発する従来の光学ヘッドを用
いて得られた重ね書き特性線図であり、元ディスクとし
て直径５．２５インチのポリカーボネート基板上に厚さ
１１００ｎの硫化亜鉛（ＺｎＳ）からなる下地の誘電体
層と、厚さ３０ｎｍノケルマニウム、アンチモン、テル
ル合金（ＧｅｔＳｂ２Ｔｅ５）カらなる記録層と、厚さ
１７０ｎｍのＺｎＳからなる下地の誘電体層と、厚さ１
１００ｎのアルミニウムの反射層を順次ＲＰマグネトロ
／スパッタ装置を使って連続成膜した後、スピンコータ
ーで保護用のＵＶ樹脂をコーティングしたものを使って
重ね書きを行った。また、元ディスクのトラックの線速
は１５ｍ／Ｓに保ち、円形ビームの記録パワーは１５ｍ
Ｗ一定で４　、９４　ＭＨ２の信号を記録し、円形ビー
ムの消去パワー’ｔ２ｍＷから３ｍＷの範囲で変えて重
ね書きを行い、記録信号の大きさＣＮＲと、その古い記
録時の信号の大きさと重ね書き後の残留した古い信号の
大きさの差より求めた消去比とを求め念。

図において、ＣＮＲ，消去比ともに消去パワー６ｍＷ付
近に最大値を有する山形特性を示し、ＣＮＲ約５０ｄＢ
Ｋ対し、消去比は約３０　ｄＢ　Ｋ止まっており、古い
記録を十分に消去できないという問題があることを示し
ている。

第４図、第５図、および第６図は従来の重ね書き特性に
よって光ディスクのトラック上に生じた記録層の相変化
を示す模式図であシ、情報トラックを円形ビームの投射
方向から拡大して見た状態を模式化して示したものであ
る。図において、消去パワーが４ｍＷ以下の低い領域で
は、第４図に示すように、非晶質の古い記録スポット４
２の大きさに比べ、再結晶化させることのできる領域４
３が狭く、消去比が低下する。一方、消去パワー５ない
し６ｍＷでは第５図に示すように多少記録スポット４１
に変形があるものの、再結晶化できる幅４３が拡がり、
消え残った古い記録スポット４２の領域が小さくなるの
で消去比が向上する。

７ｍＷ以上に消去パワーを上げていくと第６図に示すよ
うに熱拡散圧よシ記録スポット４１が更に大きくなると
ともに、消え残った記録スポット４２の幅が減少するも
のの、レーザービームが照射される中央部は融点を越え
てしまうので非晶質化してしまい、記録スポット相互の
非晶質部分に繋がり部４１Ｂが形成されてしまい、再結
晶化できる領域４３が益々狭くなる。このように従来の
方法ではＣＮＲおよび消去比が最大となる消去パワーを
選んだ場合にも、第５図に示すように情報トラック４０
の両サイドに消え残った記録スポット４２がかなシ多く
残ってしまい、これが原因で重ね書き特性における消去
比が３　［１ｄＢ程度に止まってしまうことがわかる。

この発明の目的は、上記知見に鑑み、情報トラックの両
サイドに残る消え残った記録スポットを消去することに
よシ、重ね書きくおける消去比を向上することＫある。

〔課題を解決するための手段〕

上記課題を解決するため釦、この発ｆ！ＡＫよれば、半
導体レーザーから出射し之し−ザービームヲコリメータ
ーレンズおよびビーム成形プリズムによシ円形平行ビー
ムとし、偏光ビームスプリッタλ／４板を透過した円形
平行ビームを対物レンズにより集束し、相変化形の書き
換え可能な光ディスクの情報トラック上に円形ビームと
して投射して情報の記録および再生を行うものにおいて
、前記ビーム成形プリズムに入射する平行ビームの入射
角を制御する光音響素子からなる回折格子を備え、記録
情報を消去する際に前記情報トラックと直交する方向に
長径を有するだ円ビームに変形して投射するものとする
。

〔作用〕

この発明の構成によれば、半導体レーザーの出射光路上
に従来配されるコリメーターレンズとビーム成形プリズ
ムとの間に例えば逆圧電効果を利用した光音響素子から
なる回折格子を設けるよう構成したことＫより、回折格
子に印加する電圧パルスのパルス幅および周期を重ね書
きＫおける記録と消去の切り換えタイミングに対応させ
ることにより、元情報トラックへの記録ビームは円形ビ
ームに１消去ビームはトラックに直交する方向釦長径を
有するだ円ビームにすることが可能にな仄情報トラック
の両サイドにおける消去パワーを高めることができるの
で、従来情報トラックの両サイドに消え残った古い記録
スポットを消去する機能が得られ、し念がって消去比の
高い重ね書きを行うことができる。

〔実施例〕

以下この発明を実施例に基づいて説明する。

第１図はこの発明の実施例になる書き換え形光記録装置
の光学ヘッドを示す光学系の模式図であり、書き換え可
能な相変化形光ディスク１０はその情報トラック４０の
幅Ｗに平行な方向の断面図を示し、したがって光学系に
一対の実線また社−対の破線で示す光路の幅は情報トラ
ック４ＣＮＣ直交する方向のビーム径、いいかえればト
ラック幅Ｗ方向のビーム径を示している。図において、
光学ヘッド１は参照符号２から７および２１で構成され
る投射光学系と、参照符号１１から１７で構成される検
出光学系とで構成され、２枚の回折格子２１Ａ、２１Ｅ
等２１がこの発明で新たに設けた構成１ｊ！素であや、
その他の構成要素は従来一般に用いられている光学系と
同じである。

また、光音響素子からなる回折格子２１Ａ、２１Ｂは例
えば逆圧電効果を利用した光音＃素子で６９、重ね４Ｆ
きに際して情報記録状態では回折格子に与える電圧を零
にすることによってレーザーＡ＜ ビーム電索通ジし、したがってビーム成形ブリズス會印
加することにより、逆圧電効果によって光の屈折率が変
わり、トラックの１爾Ｗ方向にレーザービームの長径す
を広げる機能を生ずるものであり、したがって電圧パル
スの幅と周期によってレーザービーム２０を円形レーザ
ービームとだ円レーザービームとに切や換え制御するＦ
Ａ能が得られる。

このように構成された光学ヘッド１において、半導体レ
ーザー２より出射したレーザー尤２０はコリメーターレ
ンズ２によって平行ビームとな九元皆＃素子からなる回
折格子６と回折格子２１を記録パルス照射時にはそのま
ま通過してビーム成形プリズム４に入射し、直径ａなる
円形ビームとなる。−万、消去パルス照射時には回折格
子２１Ａと回折格子２１Ｂによってビーム成形プリズム
４への入射角が記録パルス照射時よりも浅くなるビーム
となる。これらのビーム成形プリズム４を通過したレー
ザービームは偏向ビームスグリツタ−５′ｆｃ通過し、
λ／４板６を通過し、対物レンズ８によって微小スポッ
トに果束されて元ディスク１０の情報トラック４０に投
射されるが、記録時点では円形ビームに、まｆｃ消去時
点ではトラック１腐Ｗ方向に長径？有するだ円ビームに
制御され、情報の記録と消去全高速で又互に繰り返す１
ビーム法による電ね誓きが行われる。

一万、情報トラック４０の記録スポットから反射したレ
ーザー元は、対物レンズ７およびλ／４板６を通って偏
光ビームスグリツタ５で検出光学系側に反射され、さら
に半透プリズム１１で集光レンズ１２およびホトダイオ
ード１５からなるエラー信号の検出系１４と、臨界角プ
リズム１５およびホトダイオード１６からなる記録信号
検出系１７とに分離され、光学ヘッド１の図示しない制
御回路でそれぞれ信号処理が行われる。

第２図は実施例になる光学ヘッドを用いて得られ九重ね
書き特性線図であり、図の縦軸には記録スポットの大き
さＣＮＲおよび消去比を、図の横軸にはだ円スポットの
軸比＝長径／短径をとっである。

光ディスクとしては従来技術九ついてすでに説明したと
同じものを用いてトラックの線速ｔ−１５ｍ／Ｓに保ち
、記録パワーは１５ｍＷ一定の円形ビームとして４．９
４ＭＨｚの信号を記録し、消去ビームの短径がトラック
の進行方向と一致し、かつ短径が記録円形ビームの径と
一致するよう消去パワーを制御するとともに、トラック
の進行方向と直交するだ円ビームの長径を短径の１倍か
ら２倍の範囲で変えて重ね書きを行なった。図において
、ＣＮＲｄ軸比が１．６のとき最大値約５５ｄＢｉ示し
、軸比１．６以上では低下する傾向を示す。一方消去比
は軸比１．６に最大値を有する山形特性を示し、その最
大値は約５０ｄＢに違賦第３図について説明した従来方
法に比べて消去比を大幅に改善できることを実証できた
。また、消去パワーを軸比で割った値はいずれの軸比に
おいても約６ｍＷであり、従来技術で消去比が最大値を
示す消去パワー６ｍＷと一致しており、軸比が大きくな
つ之分だけトラック４０の両サイドに役向上する七とも
に、再結晶化可能領域４′５も幾分広がり、その分ＣＮ
Ｒ値も僅かながら向上したものと推定される。なお、軸
比１．６以上でＣＮＲ値が低下するのは、消去パワーが
隣接するトラックにまで波及するためと考えられる。

〔発明の効果〕

この発明は前述のように、光廿響素子からなる回折格子
をビーム成形プリズムの前段に設け、重ね書きにおける
消去ビームをトラックの幅方向に長径を有するだ円ビー
ムに変形するよう構成した。

その結果、従来トラック幅の両サイドに消え残った古い
記録スポットを、トラック幅方向に広がっただ円ビーム
の消去パワーによって消去することが可能になシ、従来
３０ｄＢＬか得られなかった消去比を５ＱｄＢに向上す
ることができ、したがって同じ光ディスクを用いて優れ
た重ね書き特性が得られる光学ヘッドを備えた１ビーム
法による省き換え形光記録装置全提供することができる
。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の実施例になる書き換え形光記録装置
の光学ヘッドを示す光学系の模式図、第２図は実施例に
なる光学ヘッドを用いて得られた重ね誉き特性線図、第
３図は円形ビームを発する従来の光学ヘッドを用いて得
られた重ね書き特性線図、第４図、第５図、および第６
図は従来の重ね誓き方法によって光ディスクのトラック
上に生じた相変化を互いに異なる消去パワーについて示
す模式図である。 １・・・光学ヘッド、２・・・半導体レーザー　３・・
・コリメーターレンズ、４川ビーム成形プリズム、５・
・・偏光ビームスプリッタ、６・・・λ／４板、７・・
・対物レンズ、１０・・・光ディスク、１１・・・半透
ミラー１４・・・エラー信号の検出系、１７・・・記録
信号の検出系、２１，２１Ａ、２１Ｂ・・・回折格子、
２０　・・・レーザービーム、４０°・・情報トラック
、４１・・・新しい記録スポット、４２・・・消え残っ
た記録スボッ躬１図 第Ｚ図 ′８４回 第Ｓ図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １）半導体レーザから出射したレーザービームをコリメ
   ーターレンズおよびビーム成形プリズムにより円形平行
   ビームとし、偏光ビームスプリッタ、λ／４板を透過し
   た円形平行ビームを対物レンズにより集束し、相変化形
   の書き換え可能な光ディスクの情報トラック上に円形ビ
   ームとして投射して情報の記録および再生を行うものに
   おいて、前記ビーム成形プリズムに入射する平行ビーム
   の入射角を制御する光音響素子からなる回折格子を備え
   、記録情報を消去する際に前記情報トラックと直交する
   方向に長径を有するだ円ビームに変形して投射すること
   を特徴とする書き換え形光記録装置の光学ヘッド。